CN106755650B - 钢渣生产高活性钢渣粉和惰性矿物产品的工艺 - Google Patents

钢渣生产高活性钢渣粉和惰性矿物产品的工艺 Download PDF

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Abstract

一种用钢渣生产高活性钢渣粉和惰性矿物产品的工艺。它包括干法粉磨、气力分选、干法磁选、湿法粉磨、湿法磁选、脱水六个步骤。干法粉磨是将回收渣铁后的尾渣粉磨制成钢渣粉，实现惰性矿物解离；气力分选是用超细选粉机将钢渣粉以粒度分级来实现惰性矿物在粗粉中富集，细粉即为高活性钢渣粉产品；干法磁选是利用惰性矿物磁性将粗粉提纯为粗精矿，粗尾渣返回到干法粉磨；粗精矿经湿法粉磨制成细矿浆；由湿法磁选分选细料浆为湿惰性矿物和湿水泥铁质原料；两种湿料分别经脱水制成惰性矿物产品和水泥铁质原料，水返回到湿法粉磨；本发明将钢渣加工成高活性钢渣粉和高铁品位的惰性矿物产品以及水泥铁质原料，实现钢渣的全资源化利用。

Description

钢渣生产高活性钢渣粉和惰性矿物产品的工艺
技术领域
本发明属于钢渣加工处理技术领域，涉及钢渣全资源化利用，特别涉及一种钢渣生产高活性钢渣粉和惰性矿物产品的工艺。
背景技术
钢渣是炼钢排出的固体废物，其产率一般为粗钢产量的15％。据欧浦钢网国内月度粗钢产量，2015年我国粗钢总产量为8.0053亿t，则每年产生约1.2亿t钢渣。国家工信部公布的近年钢渣综合利用率不超过21％，年新增0.95亿t废弃的钢渣，影响着炼钢生产排渣畅通，也占用宝贵的土地并造成环境污染，因此需要研发新技术提高钢渣的资源化利用率。
钢渣的利用问题关键是要解决原渣选除有价金属后尾渣的利用，钢渣尾渣(简称钢渣)最主要应用途径是作为水泥混合材或混凝土掺合料。该方式具有处理量大、应用面广、产品附加值较高等优势，但也存在着钢渣粉活性低掺入到水泥中会造成水泥强度低、凝结时间长，以及可能导致水泥安定性不良等问题。钢渣粉活性低是钢渣在水泥或混凝土中应用最大的技术障碍，特别是在我国水泥、混凝土建材行业产能过剩大环境中，该问题导致钢渣粉不适应产品性能竞争的要求，许多钢渣粉磨和分选加工企业艰难地维持生产，甚至转产或关停。
钢渣中含有与硅酸盐水泥熟料相似的水化活性矿物，如硅酸钙、铁酸钙、铁铝酸钙和f-CaO等，因此用作水泥混合材或混凝土掺合料；钢渣中还含有水化惰性矿物(简称惰性矿物)，包括金属Fe、Fe3O4和RO相，RO相是MgO、FeO、MnO等二价金属氧化物的固溶体。这些惰性矿物不具有水化活性，它们的含量越高钢渣的水化活性越低。钢渣粉产品中这些惰性矿物含量较高是制约产品性能的主要因素，例如，以剔除块状渣铁后的尾渣为原料，并且粉磨过程中选除渣铁小颗粒，钢渣粉产品中Fe含量1.4～3.5％，Fe3O4含量4.2～7.1％，RO相含量35.4～36.5％，惰性矿物总量为41.1～47.2％。因此，近年来从钢渣中选除惰性矿物，以求改善钢渣粉的活性成为新技术发展的方向。
“一种钢渣高效回收再选处理的方法”【专利号CN102688880 A】，其目的在于最大程度地从钢渣中选出并回收金属铁，以尾渣为原料制成钢渣粉。该技术的方案是块状钢渣逐级破碎解离并磁选提取出块状或大颗粒的金属铁，获得-5mm尾渣经过辊式磨预粉磨制成钢渣粉半成品。钢渣粉半产品经气力分级提出粗粉由磁选机提纯获得铁粉产品；细粉由球磨机粉磨至比表面420m2/kg为钢渣粉产品。该发明的技术缺陷：因其技术方案是建立在未认识到钢渣中主体惰性矿物是RO相的基础上，故只关注到钢渣中金属铁的提取，未意识到钢渣中主导惰性矿物(RO相)的分选效果。辊式磨预粉磨制成钢渣粉半产品的比表面面积小于150m2/kg，RO相矿物的单体综合解离度不足50％，由磁选获得铁粉产品(实际上是惰性矿物产品)中硅酸盐矿物的杂质多，产品的铁品位低；由分级细粉和磁选尾矿由球磨磨细制成的钢渣粉产品，由于入磨物料中惰性矿物含量较高，即使将钢渣粉的粉磨细度很高，其活性仍不会有显著的提高。
“一种钢渣制备钢渣砂、活化渣粉和RO相的方法”专利【专利号CN 104446022】，其目的在于提供一种钢渣制备钢渣砂、活性粉渣和RO相的方法，使钢渣中水硬性矿物与RO相分离并得到利用。该技术的方案采用两段间歇粉磨、一级干式选粉和磨内沉积料再分离的4步工艺。具体实现方法是将钢渣闭路预粉磨到-10mm，再经解离性粉磨为-1.8mm的粉料，将粉料入选粉机以80μm为切割粒径分选。细料即为活性粉渣，粗料即为钢渣砂。取出两段粉磨时磨机内的沉积富集料，作为RO相和钢粒的混合料，除铁得RO富集料，再重力分选再提纯RO相时杂质为活化渣粉。该发明有以下技术缺陷：(1)钢渣解离粉磨为-1.8mm粉料，而钢渣中RO相一般平均粒度约30μm，该粒度水平达不到RO相矿物单体解离目标；，并且未达到物料矿物粒径水平时粉磨过程作用不能明确体现矿物之间抗粉磨性的差异，使这些难磨的惰性矿物在粗粒级富集。(2)粉料的气力分选以80μm切割粒径分级，该粒度远大于钢渣中三种惰性矿物的本征粒径，故粗粉、细粉中惰性矿物含量差异不大，难以达到矿物成分分选要求。分选后两种产品中活性粉渣的惰性矿物含量还较高，其水化活性没有明显的提高；钢渣砂中惰性矿物也没有很好地富集，纯度远低于设计要求。(3)从磨机内取出沉积富集料制备RO相，需要停磨、取料、分选，不仅工序复杂、成本高，还存在粗颗粒中惰性矿物单体解离度低，产品铁品位难以利用等问题。至于该方案要解决的惰性矿物在难磨影响粉磨作业问题，可采用立磨将难磨的大颗粒料从磨盘周围排出，选除渣铁颗粒后再返回磨内继续粉磨。
“一种提高钢渣水化活性的方法”专利【专利号ZL 2013 1 0299049.7】，其目的在于提高钢渣粉产品的水化活性，采用分选出钢渣中主体惰性矿物RO相的技术方案。具体技术路线是采用重力分选、磁力分选和静电力力分选基本技术手段及其简单组合方式，能显著地提高钢渣粉产品的水化活性，解决了钢渣粉活性低难以利用的问题。该技术仍然存在如下的不足：分选出高活性钢渣粉后剩余的富含RO相等惰性矿物的物料，TFe<40％，远低于YB/T 4267—2011《铁矿石产品等级的划分》最低等级(五等品)TFe≥54％的指标；同时其中磁性物总量<70％，也低于MT/T 1017—2007《选煤用磁铁矿粉》磁性物含量≥95％的指标。因此，“一种提高钢渣水化活性的方法”专利虽然解决了钢渣粉活性低的问题，剩余的富含惰性矿物的物料，无论是作为铁矿石还是用作选煤的磁铁矿，都未达到产品的指标故难以利用，易造成新的工业产品废弃。
综上所述，现有钢渣尾渣加工生产钢渣粉技术，或者有钢渣粉产品活性低，不适应市场要求的问题，或者是惰性矿物产品的品位低难以利用，因此，需要开发新的技术使钢渣全资源化利用。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种钢渣生产高活性钢渣粉和惰性矿物产品的工艺，将钢渣加工成高活性钢渣粉和高铁品位的惰性矿物产品以及水泥铁质原料，实现钢渣的全资源化利用。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
钢渣生产高活性钢渣粉和惰性矿物产品的工艺，包括如下步骤：
步骤Ⅰ，干法粉磨
将原钢渣逐级破碎解离出块状渣铁，每级破碎后由磁选回收钢渣中金属铁。破碎粒度至-5mm的尾渣入磨机干法粉磨制成钢渣粉，分段粉磨出磨的中间产品和闭路粉磨的粗粉，需经过磁选剔除渣铁颗粒后入磨继续粉磨。应首选立式辊磨、辊压机等高压料层粉碎设备，所制备的钢渣粉颗粒均匀性系数高，惰性矿物解离度大，有利于后续的分选作业。
钢渣干法粉磨制备钢渣粉，基本功能是实现惰性矿物与脉石矿物的解离，钢渣粉细度控制指标是以达到RO相的矿物综合解离度≥90％的要求。
步骤Ⅱ，气力分选
将钢渣粉在空气介质中用选粉机分选，获得粗、细两种物料。Fe、Fe3O4、RO相三种惰性矿物硬度大抗粉磨性强，在钢渣的粗粒级中富集度高，而且这些惰性矿物密度大。气力分选过程中因密度效应和粒度效应，这些惰性矿物在重力场或离心场中运动速度大，与活性矿物颗粒运行轨迹发生偏离而得到分选。通过选粉机的粒度分级作用，实现了钢渣中惰性矿物与活性矿物成分的分选。一般-38μm粒级范围内惰性矿物含量是粒径的增函数，通过降低分选的中位分离点(切割粒径)来减小细粉(高活性钢渣粉)中惰性矿物含量，使高活性钢渣粉质量达到技术指标。
步骤Ⅲ，干法磁选
将粗粉进行干法磁选加工，得到粗精矿和粗尾渣。三种惰性矿物(RO相、Fe3O4和Fe)都属于磁性矿物，硅酸盐等活性矿物为非磁性矿物，以磁性特征分选作用可实现钢渣中惰性矿物与活性矿物的分选。磁选剔除粗粉中夹杂的活性矿物而得到的精矿为粗精矿，抛出的尾矿为粗尾渣。
干法磁选粗粉提纯的粗精矿，还需要再进入后续的湿磨和湿磁选系统。该子系统的意义不仅在于减少后续加工料量、提高湿磁选原料的品位，而且因降低了物料中活性矿物含量，弱化或消除了活性矿物在湿磨、湿磁选过程中水化胶凝作用对作业的不利影响。粗精矿中惰性矿物总含量一般不低于67.0％。
步骤Ⅳ，湿法粉磨
粗精矿经湿法粉磨制成细料浆，料浆中三种惰性矿物的单体解离度均不低于99％。为保证细料浆颗粒粒度的均匀性，应采用闭路粉磨系统。
步骤Ⅴ，湿法磁选
细料浆经湿法磁选得到的精矿为湿惰性矿物，尾矿为湿水泥铁质原料。湿惰性矿物的铁品位由调节磁选机磁感应强度或磁场梯度来实现，降低两者数值均可以减小矿粒的磁场力，提高惰性矿物产品的铁品位。惰性矿物产品中三种惰性矿物的含量与产品的铁品位、磁性物含量三者是一致的，产品的磁性物含量控制不低于96％。
步骤Ⅵ，脱水
湿惰性矿物和湿水泥铁质原料分别经压滤装置或抽滤装置脱水，原含水率约为35％的料浆，转变为含水约为8％的惰性矿物产品和水泥铁质原料。湿磨、湿选过程中，物料中活性矿物会水化丧失其作为水泥混合材的价值，同时钢渣中f-CaO基本水化消解，改善了物料的安定性。磁选得到的尾渣尽管铁品位较低，但化学成分(FeO+Fe2O3)/Al2O3含量比一般≥4.0，是理想的水泥生料铁质校正原料；同时因其具有良好的体积稳定性也可以作为路基材料和建筑工程回填材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)去除渣铁后的钢渣尾渣经充分粉磨解离，使RO相单体矿物综合解离度达到90％，再经超细选粉机分选获得高活性钢渣粉产品。与现有技术相比产品活性指数有显著的提高，这不仅在于惰性矿物的充分解离，而且在于针对惰性矿物小粒级含量低的分布特征，采用≤20μm的切割粒径，显著地降低了产品中惰性矿物含量。
(2)生产出高附加值的惰性矿物产品。将富含惰性矿物气力分选的粗粉，经干法磁选、湿法粉磨和湿法磁选，获得磁性物含量≥96％的惰性矿物产品。本发明的湿法粉磨和湿法磁选子系统均属于区别技术特征。
(3)工艺过程衔接科学合理。在气力分选和干法磁选作业先后次序上，鉴于-15μm细粉具有较强的附着性，在干法磁选过程中堆积态颗粒的强附着力，以及颗粒对磁选设备的强附着力，使得矿物颗粒受到的竞争力显著提高而难以磁选；而气力分选作业时粉体物料处于悬浮状态，粉体的细度对分选作业影响不大，故确定先经气力分选得到粗粉再用磁选的工艺衔接次序。
(4)实现了钢渣的全资源化利用。这不仅体现在将钢渣全部加工转化为三种工业产品，无废渣排放，而且还在于加工过程中水全部循环利用，无废水和有害气体排放。
附图说明
图1为钢渣加工处理的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
结合图1对本发明的工艺流程说明如下：
钢渣原料先经过步骤Ⅰ干法粉磨，逐级破碎使块状金属铁解离并磁选去除渣铁，-5mm的尾渣入磨制成钢渣粉。一般钢渣粉比表面积为300m2/kg，其中的RO相矿物单体解离度≥90％。采用分段粉磨出磨的中间产品或闭路粉磨的粗粉，经磁选去除解离的渣铁后再入磨继续粉磨。
钢渣粉进入步骤Ⅱ气力分选，经超细选粉机分选出细粉和粗粉。细粉即高活性钢渣粉产品，通过调节选粉作业切割粒径实现高活性钢渣粉产品的质量控制，切割粒径的控制参数为≤20μm。惰性矿物在粗粉中富集，由后续作业加工提纯。
粗粉进入子系统Ⅲ干法磁选，经干法细粉料磁选机分选出磁性料和非磁性料。非磁性料即为粗尾渣，其主要成分是粗粒度的活性矿物，返回到磨机内与原钢渣尾渣一起粉磨。磁性料即为粗精矿，其中不仅夹杂解离态的活性矿物颗粒，还有聚集态的活性矿物颗粒，需后续作业进一步粉磨解离和分选。
粗精矿进入子系统Ⅳ湿法粉磨，与水混合后闭路粉磨制成细料浆。细料浆颗粒全部通过65μm筛，可到达惰性矿物解离度99％的要求。
细料浆进入子系统Ⅴ湿法磁选分选出磁性料浆和非磁性料浆。磁性料浆为湿惰性矿物产品，通过调节磁选机的磁感应强度或磁场梯度使产品品质达到技术指标。非磁性料浆为湿水泥铁质原料。磁选机的磁感应强度≤0.8T。
湿惰性矿物和湿水泥铁质原料进入子系统Ⅵ脱水，分别经压滤装置或抽滤装置脱水制成两种含水率约8％的两种产品。惰性矿物产品中磁性物含量≥96％，铁品位TFe≥55％，满足铁矿石五等品技术指标和选煤用磁铁矿物粉的技术指标。水泥铁质原料不仅能用作水泥生料配料的铁质校正原料，也可用作路基材料和建筑工程回填材料。脱出的水分收集返回到子系统Ⅳ湿法粉磨，与粗粉混合循环使用。
本发明可以选用原状钢渣为原料从钢渣破碎、磁选除铁开始加工，也可以选用市场上的钢渣粉直接气力分选。
实施例1
山西某钢铁公司生产的钢渣由辊压机粉磨制成钢渣粉，比表面积为310m2/kg。采用GB/T 20491-2006《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》检验，钢渣粉活性指数：3d为74％，7d为78％，28d为82％。测定钢渣粉中三种惰性含量：Fe含量1.25％，Fe3O4含量5.25％，RO相的含量34.87％，惰性矿物总含量41.37％。钢渣粉采用工业小型超细粉选粉机以18μm为切割粒径分选，得到高活性钢渣粉产品。高活性钢渣粉的活性指数：3d为80％，7d为88％，28d为91％。经气力分选钢渣粉活性指数提高约10％，其惰性矿物总含量为8.96％，产品质量完全满足市场要求。
粗粉中惰性矿物总含量为51.42％，经工业型环形移动磁系干式细粉料磁选机(ZL201510430.9)分选，粗精矿中惰性矿物总含量为71.23％。粗精矿用Φ150×100型锥形球磨机湿法粉磨至全部通过65μm筛，用SLon-100周期式脉冲高梯度磁选机(背景磁场0.774T)分选，然后将精矿、尾矿分别抽滤脱水。精矿为惰性矿物产品，铁品位64.30％，磁性物含量96.7％，达到了铁矿石或选煤用磁铁矿粉的技术指标要求。尾矿为水泥铁质原料，(FeO+Fe2O3)/Al2O3含量比大于5，MgO含量≤6.0％，是理想的水泥生料铁质校正原料；在水泥中掺入50％用压蒸法检验试体的膨胀率＜0.5％，也可作为作路基材料和建筑工程回填材料。
实施例2
云南某钢铁公司生产的钢渣由球磨工业设施粉磨制成钢渣粉，其比表面积为400m2/kg。采用GB/T 20491-2006《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》检验，钢渣粉活性指数：7d为68％，28d为75％。测定钢渣粉中三种惰性含量：Fe含量2.04％，Fe3O4含量6.05％，RO相的含量35.43％，惰性矿物总含量43.52％。
钢渣粉采用工业小型超细粉选粉机以18.1μm为切割粒径分选，得到高活性钢渣粉产品。高活性钢渣粉的活性指数：7d为79％，28d为87％。经气力分选钢渣粉活性指数提高约12％，惰性矿物总含量为9.52％，钢渣粉产品质量有很大的提高。
粗粉中惰性矿物总含量为45.77％，经工业型环形移动磁系干式细粉料磁选机(ZL201510430.9)分选，粗精矿中惰性矿物总含量为68.41％。粗精矿用Φ150×100型锥形球磨机湿法粉磨至全部通过65μm筛，用SLon-100周期式脉冲高梯度磁选机(背景磁场0.774T)分选，然后将精矿、尾矿分别抽滤脱水。精矿为惰性矿物产品，铁品位62.13％，磁性物含量96.8％，达到了铁矿石或选煤用磁铁矿粉技术指标要求。尾矿为水泥铁质原料，(FeO+Fe2O3)/Al2O3含量比大于6，MgO含量≤6.5％，可以用作水泥生料的铁质校正原料；在水泥中掺入50％用压蒸法检验试体的膨胀率＜0.5％，也可用作路基材料和建筑工程回填材料。

Claims (9)

1.钢渣生产高活性钢渣粉和惰性矿物产品的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤Ⅰ，干法粉磨：将原钢渣逐级破碎解离出块状渣铁，每级破碎后由磁选回收钢渣中金属铁，尾渣入磨制成钢渣粉；
步骤Ⅱ，气力分选：钢渣粉在空气介质中分用选粉机选出细粉和粗粉，通过调节选粉作业切割粒径实现高活性钢渣粉产品的质量控制，气力分选切割粒径的控制参数为≤20μm，细粉即高活性钢渣粉产品，惰性矿物在粗粉中富集，由后续作业加工提纯；
步骤Ⅲ，干法磁选：将粗粉经干法磁选分选出非磁性料和磁性料，非磁性料即为粗尾渣，其主要成分是粗粒度的活性矿物，返回到磨机内与尾渣一起粉磨；磁性料即为粗精矿，其中不仅夹杂有解离态的活性矿物颗粒，还有聚集态的活性矿物颗粒，需后续作业进一步粉磨解离和分选；
步骤Ⅳ，湿法粉磨：将粗精矿经湿法粉磨制成细料浆；
步骤Ⅴ，湿法磁选：将细料浆经湿法磁选分选出磁性料浆和非磁性料浆，磁性料浆为湿惰性矿物，非磁性料浆为湿水泥铁质原料；
步骤Ⅵ，脱水：湿惰性矿物和湿水泥铁质原料分别进行脱水，制成两种产品。
2.根据权利要求1所述钢渣生产高活性钢渣粉和惰性矿物产品的工艺，其特征在于，所述步骤Ⅰ中，粒度小于5mm的尾渣入磨制成钢渣粉，钢渣粉比表面积为300m2/kg，其中的RO相矿物单体解离度≥90％。
3.根据权利要求1所述钢渣生产高活性钢渣粉和惰性矿物产品的工艺，其特征在于，所述步骤Ⅰ中，采用高压料层粉碎设备抛出的难磨物料，或分段粉磨出磨的中间产品以及闭路粉磨的粗粉，需经磁选去除解离的渣铁后再入磨继续粉磨。
4.根据权利要求1所述钢渣生产高活性钢渣粉和惰性矿物产品的工艺，其特征在于，所述步骤Ⅲ中，粗精矿中惰性矿物总含量不低于67.0％。
5.根据权利要求1所述钢渣生产高活性钢渣粉和惰性矿物产品的工艺，其特征在于，所述步骤Ⅳ中，细料浆颗粒全部通过65μm筛，以保证细料浆中三种惰性矿物的单体解离度均不低于99％。
6.根据权利要求1所述钢渣生产高活性钢渣粉和惰性矿物产品的工艺，其特征在于，所述步骤Ⅳ中，采用闭路粉磨系统以保证细料浆颗粒粒度的均匀性。
7.根据权利要求1所述钢渣生产高活性钢渣粉和惰性矿物产品的工艺，其特征在于，所述步骤Ⅴ中，湿惰性矿物的铁品位由调节磁选机磁感应强度或磁场梯度来实现，通过降低两个物理量而减小矿粒的磁场力，提高惰性矿物产品的铁品位，惰性矿物产品中三种惰性矿物的含量与产品的铁品位、磁性物含量三者是一致的，产品的磁性物含量控制不低于96％。
8.根据权利要求1所述钢渣生产高活性钢渣粉和惰性矿物产品的工艺，其特征在于，所述步骤Ⅵ中，经压滤装置或抽滤装置脱水，制成的两种产品含水率为8％。
9.根据权利要求1所述钢渣生产高活性钢渣粉和惰性矿物产品的工艺，其特征在于，所述步骤Ⅵ中，最终得到的惰性矿物产品中磁性物含量≥96％，铁品位TFe≥55％，满足铁矿石五等品技术指标和选煤用磁铁矿物粉的技术指标；水泥铁质原料能用作水泥生料配料的铁质校正原料，或路基材料和建筑工程回填材料，脱出的水分收集返回到湿法粉磨步骤，与粗精矿混合循环使用。
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